油泥處理技術漫談及含油污泥熱解反應過程

含油污泥高含油率和高熱值使其具有巨大的能源潛力，鑒于能源需求和環境壓力，含油污泥處理處置的最終目的其一是提高采油效率、降低殘渣含油率，充分利用含油污泥自身資源，其二是將有害元素和重金屬穩定在固體殘渣中，降低其對環境的風險。在各種含油污泥處置技術中，調質—機械分離技術處理后的含油污泥含油量高，萃取技術雖然能夠高效回收含油污泥油相組分，但處理過程中使用大量的有機溶劑存在環境風險，相比于以上兩種技術，熱解技術既能夠實現以上兩個目標，實現對含油污泥中油組分高效回收，同時無需有機溶劑，減少其對環境的二次污染。因此，熱解法被認為是最有潛力的含油污泥資源化處理技術。

含油污泥熱解技術的本質是在缺氧/無氧狀態下對油組分的深度熱處理，將其轉化為可凝油、不可凝氣和殘渣。其主體反應為烴類物質的熱轉化，即重質礦物油的高溫熱裂解以及熱縮合反應，其反應過程大致如下：石蠟烴→烯烴→二烯烴→環烯烴→芳烴→稠環烯烴→瀝青質→焦炭。重質礦物油中各組成的熱裂解和熱縮合能力如下：正構烷烴>異構烷烴>環烷烴>芳香烴>環芳烴>多環芳烴。

上表展示了含油污泥熱解過程中不同溫度下發生的主要反應。一般認為，含油污泥熱解過程主要經過以下五階段：在50~180°C時發生干燥脫氣反應，主要是水分和易揮發組分的蒸發；180~370°C下發生輕質油揮發析出反應，此階段意味著油泥熱解反應的開始；370~500°C下發生重質油熱解析出反應，此階段下主要為重質油的裂解反應，同時縮合反應也隨溫度的升高而加快；500~600°C下為半焦炭化階段；600°C以上發生礦物質分解反應。在最后三個階段，還會因發生揮發分二次裂解反應，主要包括芳構化反應、羰基化反應、環化反應和聚合反應。

含油污泥熱處理過程中烴類熱反應大體可以分為縮合和裂解兩個方向。其中，縮合反應生成分子量較大的分子（如膠質、瀝青質、焦炭等）而裂解反應生成分子量較小的分子（如小分子氣體烴）。在熱轉化過程中，當溫度升高至370℃左右時重質礦物油即開始裂解，與此同時縮合反應的強度會隨裂化程度的增大而加強。在較低裂解程度下，原料和焦油中的芳烴主要結焦母體；在較高裂解程度下，二次反應生成的縮聚物是主要的結焦母體。裂解產生的輕質烴類可以在合適的溫度下被分離提純，縮聚物保留在反應器內部，通過控制調節反應條件能夠有選擇性使反應進行，在系列反應參數中，熱解溫度、熱解壓力、停留時間、原料性質對產物性質有較大影響。